BRAÇO MANIPULADOR ROBÓTICO CONTROLADO POR AGENTE PLANEJADOR INTELIGENTE

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1 1 BRAÇO MANIPULADOR ROBÓTICO CONTROLADO POR AGENTE PLANEJADOR INTELIGENTE Leonardo de Andrade Coutinho (AEDB) Thalles Pereira dos Reis (AEDB) Wolmar Drumond Teixeira (AEDB) Jayme Barg (Prof. Orientador) RESUMO Este projeto propõe a manipulação de blocos em posições absolutas e pré-definidas compreendidas num campo de atuação com oito posições de largura, oito posições de comprimento e quatro posições de altura, totalizando 256 posições, através de um braço robótico, comercializado com o nome de Robix e criado por empresa do ramo, com seis gruas de liberdade utilizando um plano de ações gerado por um agente planejador inteligente. Foi tomado como base para o domínio de planejamento o problema de planejamento do Mundo dos Blocos Modificado (1) implementado em linguagem de definição de domínios de planejamento (PDDL 2.1) e executado por um planejador independente do domínio. Ainda como proposta desse projeto, está em desenvolvimento uma interface amigável com o usuário implementada em linguagem de programação gráfica do software LABVIEW 7.1, proporcionando facilidade na manipulação dos blocos pela tela e novas modificações do campo de atuação a partir de um novo estado inicial do problema. Palavras-chaves: Agente planejador Inteligente, Mundo dos Blocos, robótica, Labview. 1. INTRODUÇÃO Nos dias atuais o crescimento das tecnologias tem-se dado a um ritmo frenético exigindo cada vez mais velocidade de processamento e qualidade e confiabilidade nas soluções

2 2 obtidas. Nesse sentido a Inteligência Artificial (I.A.) têm sido destaque para que esses objetivos sejam alcançados uma vez que é transferido às máquinas o trabalho de raciocinar abandonando formas pré-definidas de soluções fazendo com que seja necessário interpretar o ambiente em questão o processar a melhor solução e/ou a mais rápida ao problema. A I.A. é a inteligência computacional que tenta simular o raciocínio e a capacidade cognitiva humana. Um fenômeno cognitivo é a relação entre o estímulo e a reação ou resposta a esse estímulo, não se limitando à análise e a definição aos efeitos observados nesse processo. A I.A. tem como um de seus principais temas o desenvolvimento de um solucionador de problemas automático. Nessa busca a maior dificuldade encontrada era a correta formalização do problema através de condições que pudessem ser usadas para a geração automática da solução, ou seja, a definição do domínio e as ações possíveis dentro desse domínio. No final dos anos noventa surge o PDDL (Planning Domain Description Language) (2), linguagem de descrição de domínios de planejamento automático, definindo um modelo comum para que os planejadores pudessem ser comparados entre si. Antes disso não era possível medir o desempenho de um planejador, pois até então não havia um referencial para a performance do sistema. A partir da criação do PDDL foram estabelecidos critérios e escolhidos problemas exigentes para a realização de uma competição de planejadores automáticos, a AIPS (Artificial Intelligence Planning Systems) e o IPC (International Planning Competition) em Esse projeto objetiva dar continuidade ao problema do Mundo dos Blocos Modificado utilizando o PDDL e como Agente Planejador Inteligente o LPG-td para gerar a solução e, criando ainda, uma interface gráfica para a manipulação dos objetos dentro do campo de atuação disponível. 2. CONCEITOS BÁSICOS DO PDDL A linguagem PDDL foi especialmente desenvolvida para a Competição de Planejadores realizada no AIPS-98, com o objetivo de unificar a definição de domínios e problemas para sistemas de planejamento, permitindo assim compará-los de forma direta. Tem como

3 3 principal característica o fato de ser uma derivação de outras formalizações para planejamento como STRIPS (3) e ADL (4), garantindo uma integração simples com os sistemas planejadores atuais, além de fornecer uma capacidade de representação equivalente ao conjunto destes formalismos, como por exemplo: Ações representadas no estilo STRIPS; Efeitos condicionais; Quantificadores universais; Universos dinâmicos, permitindo a criação e destruição de objetos; Axiomas de domínio; Especificação de ações hierárquicas compostas de sub-ações e sub-metas. A representação de um domínio em PDDL é dada por uma declaração semelhante a LISP, contendo os seguintes itens: A definição do nome do domínio; O conjunto de características de representação necessárias para a definição deste domínio; O conjunto de proposições presentes no domínio e As ações que podem ser executadas nesse domínio, onde as ações são dadas por: - Nome da ação; - Parâmetros passados para a ação; - Conjunto das pré-condições da ação e - Conjunto dos efeitos da ação. 3. O DOMÍNIO MUNDO DOS BLOCOS MODIFICADO O clássico problema do Mundo dos Blocos MDB possui apenas as ações pegar, largar, empilhar e desempilhar, sendo dessa forma indiferente se um bloco é desempilhado a esquerda ou a direita, por exemplo. Para melhor entendimento da linguagem PDDL e as ações do problema MDB clássico é exemplificado a ação PEGAR. (define(domain MDB) (:predicates(livre?x)(sobre_mesa?x)(braco_vazio)(segurando?x)(sobre?x?y)) (:action PEGAR :parameters (?x)

4 4 :precondition (and(livre?x)(sobre_mesa?x)(braco_vazio)) :effect (and(segurando?x)(not((livre?x))(not(sobre_mesa?x))(not(braco_vazio))))) Essa ação contém seus parâmetros (objetos a serem manipulados), pré-condições e efeitos. As demais ações como LARGAR, EMPILHAR e DESEMPILHAR possuem suas respectivas declarações. A declaração do problema a ser solucionado dentro do domínio MBD é exemplificado abaixo: (define(problem MDB1) ;também conhecido como arquivo de fatos (:domain MDB) (:objects A B blocos) (:init ;declaração do estado inicial (sobre_mesa A)(sobre B A)(livre B)(braco_vazio)) (:goal ;declaração do estado objetivo (and(sobre_mesa A)(sobre_mesa B)))) A proposta do Mundo dos Blocos Modificado é definir posições absolutas e pré-definidas dentro do campo de atuação definido. Dessa forma torna-se necessário pegar o bloco X na posição 1 e largar o bloco X na posição 128 por exemplo. Desse princípio foi definido um campo de atuação experimental composto de 256 posições conforme mostra a figura 1. Figura 1 Campo de atuação idealizado

5 5 As ações definidas dentro do domínio Mundo dos Blocos Modificado foram mover o braço sem bloco ou com bloco para posições adjacentes à posição de origem do braço, e as ações de pegar e largar sobre a mesa, e empilhar e desempilhar blocos. 4. O AGENTE PLANEJADOR LPG-td A partir dos testes e conclusões obtidos no projeto BRAÇO CARTESIANO CONTROLADO POR UM AGENTE PLANEJADOR INTELIGENTE resolveu-se manter a utilização do agente planejador LPG-td (5) 1.0 para sistema operacional Windows utilizando a opção -onlybestfirst que executa sob o LPG-td um algoritmo baseado no Metric-FF (6) (disponível somente para plataformas Linux). Dessa forma conseguiu-se conciliar o sistema operacional Windows, necessário para o software Labview 7.1 com um agente planejador projetado para essa mesma plataforma sem perda de desempenho. 5. O SOFTWARE LABVIEW 7.1 Para a implementação da interface de controle do braço robótico, foi escolhido o LABVIEW 7.1, por ser uma poderosa ferramenta de programação que utiliza linguagem gráfica (visual), facilitando muito a programação, além da capacidade de manipular muito bem textos, valores numéricos e lógicos. Seu ambiente de trabalho é composto por dois ambientes de programação: num primeiro tem-se a tela frontal onde são inseridos dados pelo usuário para o sistema a ser controlado e onde este pode verificar os resultados obtidos pelo referido sistema, no outro o Diagrama de Blocos onde é feita toda a programação, tratando assim, todos os dados de entrada do sistema para a obtenção do resultado esperado por ele. Esses ambientes são exemplificados na figura 2.

6 6 Figura 2 - Ambientes de trabalho do Labview INTERFACE DE CONTROLE DO BRAÇO ROBÓTICO A tela do controle do braço robótico (modificação do campo de atuação) foi elaborada de maneira a possibilitar a realização das ações deste de uma maneira prática e totalmente compreensível a fim de possibilitar a operação do robô de uma forma rápida e eficiente. Figura 3 Interface gráfica desenvolvida no software Labview

7 7 A tela do programa em seu lado esquerdo apresenta uma simulação tridimensional do campo de atuação do braço manipulador onde cada bloco é representado por uma cor diferente e estes podem ser dispostos em posições estabelecidas pelo usuário através da seleção do bloco desejado e, com o mouse, fazer o posicionamento do mesmo na posição de interesse que é informada nos campos indicativos de cada bloco. Definidas as posições de interesse basta clicar no botão Gerar posição inicial que faz com que o programa gere um novo estado inicial para o problema. Na seqüência é ativado o botão Gerar posição final que deve ser clicado ao se definir no campo de atuação a posição de interesse para onde os blocos devem ser movidos. Definidas a posição inicial e final (goal) ao clicar em Gerar nova movimentação automaticamente o programa gera um novo arquivo de fatos e executa o LPG-td gerando assim uma nova solução para o problema. É possível visualizar o status do LPG para verificar se houve algum erro na execução do programa, assim como, o arquivo de fatos e o arquivo de solução do problema no lado direito da tela de interface. Nesse momento ainda está em desenvolvimento o processo de comunicação com o braço robótico. Nesta etapa é necessário exportar os dados obtidos no arquivo de solução gerado pelo agente planejador para o software que faz a interface eletrônica com o braço manipulador. Para tal estuda-se a viabilidade de exportar essas informações num arquivo de texto (.txt) contendo os parâmetros necessários para que o software de controle do braço interprete essas informações e execute a ação, ou então, como outra alternativa, a criação de uma nova interface eletrônica com o braço robótico. 7. CONCLUSÃO Com a utilização do software Labview para a criação de uma interface gráfica (visual) conseguiu-se melhorar a visualização das modificações ocorridas no domínio proposto e facilitar muito a inserção dos dados de condição inicial e objetivo (goal) além de permitir que a última modificação, ou seja, o último estado objetivo, se torne a condição inicial para uma nova movimentação garantindo dessa forma condições para aplicações práticas do projeto.

8 8 Ao se concluir a etapa de comunicação entre a interface desenvolvida e o braço robótico torna-se fácil à implementação de domínios maiores e a migração desse sistema para utilização em linhas de processo industrial. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) Mundo dos Blocos Modificado : abordagem definida no trabalho BRAÇO CARTESIANO CONTROLADO POR UM AGENTE PLANEJADOR INTELIGENTE, projeto de conclusão do curso de graduação 2005 em Engenharia Elétrica/Eletrônica pela Faculdade de Engenharia de Resende (AEDB). (2) M. Fox and D. Long (2003). PDDL 2.1: An Extension to PDDL for Expressing Temporal Planning Domains. Journal of Artifial Intelligence Research, 20, 61. (3) R. Fikes and N. Nilson (1971). STRIPS: A New Approach to the Application of Theorem Proving to Problem Solving. Journal of Artifial Intelligence Research, 2(3-4). (4) J. Koehler, B. Nebel, J. Hoffmann, Y. Dimopoulos: Extending Planning Graphs to an ADL Subset, ECP-97, pages , Springer LNAI (5) Gerevini, A., Saetti, A., Serina, I. (2003). Planning with Numerical Expressions in LPG. Proceedings of the 16 th European Conference on Artificial Intelligence. Valencia, Spain. (6) Hoffmann, J. (2003). The Metric-FF Planning System: Translating Ignoring Delete List to Numeric State Variable. International Planning Competition (IPC-3).